KR20010009467A - Multi-combination linear power amplifier - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A multi-connected linear power amplifier is provided to be obtained by two and more analog power amplifier, to reduce a distortion factor significantly and to improve efficiency in the linear power amplifier. CONSTITUTION: The device is composed of two analog amplifier(A1,A2). The analog amplifier(A1) functions as master amplifier and has a lower distortion factor. The analog amplifier(A2) functions as slave amplifier and relatively has high power. A signal source(Vin) is connected to an input of the master amplifier(A1). An output current(io1) from the master amplifier(A1) is applied to the slave amplifier(A2). An output from the slave amplifier(A2) is connected to a point that the output terminal of the master amplifier is coupled to a load terminal(Zo) through a current detector(SN1). A feedback loop(loop1) is formed by detection of the current from the output terminals of the master amplifier(A1), the slave amplifier(A2) and an inductor(L1) to form a negative feedback loop.

Description

다중 결합 선형 전력 증폭기{Multi-combination linear power amplifier}Multi-combination linear power amplifier

본 발명은 두개 이상의 아날로그 전력증폭기를 결합하여 얻을 수 있는 왜율이 매우 적고 효율이 좋은 선형 출력 증폭기에 관한 것으로 특히 오디오 파워앰프에 적합한 회로 방식에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear output amplifier having a very low distortion and high efficiency which can be obtained by combining two or more analog power amplifiers, and more particularly to a circuit scheme suitable for an audio power amplifier.

일반적으로 오디오 파워앰프의 구조들은 출력단의 구조에 따라 클래스 A, B, AB등으로 구분되는 선형 중폭기가 대부분을 차지하며, 근래에 와서 클래스 D로 구분되는 스위칭 파워앰프가 출현하였다.In general, the structure of the audio power amplifier occupies most of the linear heavy amplifier divided into class A, B, AB, etc. according to the structure of the output stage, and recently, switching power amplifier classified into class D has emerged.

이러한 파워앰프들은 효율과 왜율의 관점에서 서로 상반되는 경향을 보이며, 왜율의 관점에서는 클래스 A AB B D의 순서로 나빠지고 반대로 효율의 관점에서는 D B AB A의 순서로 나빠지는 차이를 보이게 된다.These power amplifiers tend to be opposite to each other in terms of efficiency and distortion, and worse in order of class A AB B D in terms of distortion and in the order of D B AB A in terms of efficiency.

만일 클래스 A의 왜율을 갖는 앰프가 클래스 D의 효율을 지닌다면 가장 바람직한 형태가 될 것이며, 따라서 이러한 아날로그 앰프와 디지털 스위칭앰프를 결합시키고자 하는 시도가 최근에 이루어지고 있다.If an amplifier with a class A distortion has the efficiency of a class D, it would be the most desirable form, and so recent attempts have been made to combine these analog and digital switching amplifiers.

두 종류 이상의 아날로그 앰프를 결합시켜 새로운 하나의 앰프를 구현할때의 장점은 결합방법에 따라서 많은 차이를 보이게 된다.The advantage of combining two or more analog amplifiers and implementing a new amplifier is that there are many differences depending on the combination method.

도1(a)는 두개의 아날로그 파워앰프를 단순히 병렬로 연결한 도면이다. 이와 같은 구조에서는 두 앰프의 균형을 잘 잡아 준다면 두배의 전력이득을 얻을 수 있을뿐이며 그 외에 다른 어떤 성능 개선을 기대할 수 있는 것은 아니다.1 (a) is a diagram in which two analog power amplifiers are simply connected in parallel. In such a structure, if you balance the two amplifiers well, you will only get twice the power gain, and no other performance improvement can be expected.

도1(b)는 A1 앰프의 출력전류(io1)를 감지하여 A2 앰프의 출력전류(io2)를 조절하는 구조로 연결한 것이며, A1 앰프가 주인이라면 A2 앰프는 보조의 역할을 하는 주종관계의 연결구조라고 말할 수 있다.Figure 1 (b) is connected to the structure that senses the output current (io1) of the A1 amplifier to adjust the output current (io2) of the A2 amplifier. It can be said to be a connection structure.

그러나 이러한 구조는 A2 앰프 주변의 부궤환 루프(feedback loop) 설계가 어려우며 많은 경우 불안정성에 의한 발진을 해결할 수 없는 문제가 있다.However, this structure is difficult to design a feedback loop around the A2 amplifier, and in many cases there is a problem that can not solve the oscillation caused by instability.

도1(c)는 아날로그 앰프(A1)의 출력전류(io1)를 감지하여 스위칭 파워앰프(SA3)로 전류(io2)를 공급하기 위한 구조로서 스위칭 앰프가 가지는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation) 출력 파형의 필터링을 위하여 인덕터(L1)가 삽입되어 있는 형태이다.Figure 1 (c) is a structure for supplying the current (io2) to the switching power amplifier (SA3) by detecting the output current (io1) of the analog amplifier (A1) as a pulse width modulation (Pulse Width Modulation) output of the switching amplifier Inductor L1 is inserted to filter the waveform.

이와 같이 스위칭 앰프와 아날로그 앰프를 결합시키는 구조는 본 발명자에 의하여 최근에 특허출원 및 논문발표가 이루어진 일이 있으며 효율과 음질을 동시에 개선시키기 위한 방법이다.As such, the structure of combining the switching amplifier and the analog amplifier has been recently patented and published by the present inventor, and is a method for improving efficiency and sound quality at the same time.

그러나 이와 같은 구조의 단점은 인덕턴스(L1)의 크기에 따라 스위칭 노이즈 와 리플(ripple) 전류가 최종 출력(io)에 나타나는 것을 피할 수 없는 문제점이 있다.However, the disadvantage of such a structure has a problem that switching noise and ripple current appear in the final output (io) depending on the size of the inductance (L1).

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 두개 이상의 아날로그 전력증폭기를 결합하여 얻을 수 있는 왜율이 매우 적고 효율이 좋은 선형 출력 증폭기에 관한 것으로 특히 오디오 파워앰프에 적합한 회로 방식에 관한 것이다.The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, and relates to a linear output amplifier having a very low distortion and high efficiency, which can be obtained by combining two or more analog power amplifiers, and is particularly suitable for an audio power amplifier. It is about.

도 1a는 두개의 아날로그 파워앰프를 단순히 병렬 연결한 도면1a is a diagram in which two analog power amplifiers are simply connected in parallel

도 1b는 두개의 파워앰프를 주종관계로 연결한 도면1B is a diagram in which two power amplifiers are connected in a slave relationship;

도 1c는 아날로그 앰프(A1)와 스위칭 앰프(SA3)를 주종관계로 결합시킨 도면1C is a diagram in which the analog amplifier A1 and the switching amplifier SA3 are combined in a principal relationship.

도 2a는 두개의 아날로그 앰프(A1, A2)를 인덕터(L1)를 사용하여 주종관계로 결합시킨 도면FIG. 2A is a diagram in which two analog amplifiers A1 and A2 are coupled in a principal relationship using an inductor L1.

도 2b는 루프1(loop1)의 특성을 예시한 보드선도(Bode Diagram)2B is a Bode Diagram illustrating the characteristics of loop 1

도 3은 두개의 아날로그 앰프(A1, A2)를 피드포워드(feedforward)와 피드백(feedback)으로 결합시킨 본 발명의 기본도3 is a basic diagram of the present invention in which two analog amplifiers A1 and A2 are combined in a feedforward and a feedback;

도 4는 도 2에서 스위칭 앰프(SA3)와 인덕터(L2)를 추가하여 루프2(loop2)를 형성시킨 도면FIG. 4 is a diagram in which a loop 2 is formed by adding a switching amplifier SA3 and an inductor L2 in FIG. 2.

도 5는 도4의 회로에 피드포워드를 추가시킨 도면FIG. 5 is a diagram in which feedforward is added to the circuit of FIG.

도 6a는 도3의 기본도에 출력전류(io)에 비례하는 미분 정궤환 루프를 A2앰프 주변에 형성시킨 도면FIG. 6A is a diagram in which a differential positive feedback loop proportional to the output current io is formed around the A2 amplifier in the basic diagram of FIG.

도 6b는 도3의 기본도에 A2앰프의 출력전류(io2)에 비례하는 미분 정궤환 루프를 A2앰프 주변에 형성시킨 도면FIG. 6B is a diagram in which a differential positive feedback loop proportional to the output current io2 of the A2 amplifier is formed around the A2 amplifier in the basic diagram of FIG.

도 6c는 도 3의 기본도에 인덕터(L1)에 2차 권선을 감아서 A2 앰프 주변에 미분 정궤환 루프를 형성시킨 도면FIG. 6C is a diagram in which a differential positive feedback loop is formed around an A2 amplifier by winding a secondary winding on an inductor L1 in the basic diagram of FIG. 3.

도 7은 도 5의 구조에서 SA3앰프 입력에 미분 정궤환 루프를 추가한 도면FIG. 7 is a diagram of adding a differential positive feedback loop to an SA3 amplifier input in the structure of FIG.

도 8a는 기본적인 아날로그 앰프의 구조를 보인 도면8A shows the structure of a basic analog amplifier

도 8b는 펄스폭 변조(PWM)를 이용한 스위칭 앰프의 기본 구조8B shows a basic structure of a switching amplifier using pulse width modulation (PWM).

도 8c는 히스테리시스를 이용한 스위칭 앰프의 기본 구조8c shows a basic structure of a switching amplifier using hysteresis

도 9는 아날로그 앰프의 구체적인 하나의 회로를 예시한 도면9 illustrates one specific circuit of the analog amplifier.

도 10은 도 3의 구조에 해당하는 앰프의 연결도10 is a connection diagram of an amplifier corresponding to the structure of FIG. 3.

도 11은 도 10에서 트랜스포머(T1)를 사용하여 A2앰프의 출력전류를 검출하고 C1, C2를 통하여 미분된 신호가 A2앰프의 입력에 정궤환 되도록 연결시킨 구성도FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration in which the output current of the A2 amplifier is detected by using the transformer T1 in FIG. 10, and the differential signals through C1 and C2 are positively fed to the input of the A2 amplifier.

* 도면 주요 부분 부호의 설명 *Explanation of the major parts of the drawings

A1, A2 : 아날로그 파워앰프 SA3 : 스위칭 파워앰프A1, A2: analog power amplifier SA3: switching power amplifier

SN1~SN5 : 전류 검출 노드 L1, L2 : 인덕터SN1 ~ SN5: current detection node L1, L2: inductor

CP : 비교기 T1 : 변압기CP: Comparator T1: Transformer

d/dt : 미분회로 a1, a2, b1, b2, c1, c2, c3 결합계수d / dt: Differential circuit a1, a2, b1, b2, c1, c2, c3 coupling coefficient

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 두개 이상의 아날로그 전력증폭기를 결합하여 얻을 수 있는 왜율이 매우 적고 효율이 좋은 선형 출력 증폭기에 관한 것으로 특히 오디오 파워앰프에 적합한 회로 방식에 관한 것으로써, 두 종류의 아날로그 파워앰프를 결합시키는 방법에 관한 것과 스위칭 앰프를 포함하여 세 종류의 파워앰프를 결합시킴으로써 새로운 특징을 얻기 위한 방법에 관한 것이다.In order to achieve the above object, a feature of the present invention relates to a linear output amplifier having a very low distortion and high efficiency obtained by combining two or more analog power amplifiers, and more particularly to a circuit scheme suitable for an audio power amplifier. A method for combining two types of analog power amplifiers and a method for obtaining new features by combining three types of power amplifiers including a switching amplifier.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면에 의거 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail based on the accompanying drawings.

도 2a는 본 발명의 예비 구조로서 두개의 아날로그 파워 앰프만을 사용하여 연결하되 A2 앰프의 출력단자와 A1 앰프의 출력단자 사이에 인덕터(L1)를 사용하여 결합시키고 부하(Zo)를 A1 앰프의 출력과 인덕터(L1)의 연결점에서 연결하여 구성한 형태이다.FIG. 2A is a preliminary structure of the present invention, in which only two analog power amplifiers are connected to each other, but the inductor L1 is coupled between the output terminal of the A2 amplifier and the output terminal of the A1 amplifier, and the load Zo is outputted from the A1 amplifier. It is configured by connecting at the connection point of the inductor (L1).

여기에서 두개의 독립된 아날로그 파워앰프만을 인덕터(L1)를 사용하여 결합시켰다는 점이 아직까지 알려진 바 없는 새로운 특징이다.It is a new feature that has not been known so far that only two independent analog power amplifiers are combined using an inductor (L1).

이 구조에서 A2 앰프의 출력전류는 A1 앰프의 출력전류(io1)를 노드(node) SN1에서 검출하여 그에 비례해서 제어되며 A2 앰프는 A1 앰프에 종속되어 제어되는 종속전류원 의 역할을 담당하고 있다고 말할 수 있다.In this structure, the output current of the A2 amplifier is controlled proportionally by detecting the output current (io1) of the A1 amplifier at the node SN1, and the A2 amplifier plays the role of the dependent current source controlled in dependence on the A1 amplifier. Can be.

즉, 부하 Zo 양단에 Vo의 출력 전압을 발생시키고자 할 때 io만큼의 전류가 필요한데 io와 io1 및 io2는 io = io1 + io2 의 관계가 있으므로 만일 A2 앰프의 이득이 충분히 크고 A2 앰프와 인덕터(L1)가 노드 SN1을 통하여 형성되는 루프(loop)의 이득(T)이 가청 주파수 대역에서 충분히 커서 |T |〉〉 1 이라면 |io2| 〉〉 |io1| 의 조건이 성립하므로 A1 앰프는 작은 전류를 공급하는 것 만으로 큰 부하 전류(io)를 공급하는 셈이 된다.That is, to generate the output voltage of Vo across the load Zo, io current is required. Since io, io1, and io2 have a relationship of io = io1 + io2, if the gain of the A2 amplifier is large enough, If the gain T of the loop L1) is formed through the node SN1 is large enough in the audible frequency band | T | >> 1, then | io2 | 〉〉 | io1 | Since the condition is true, the A1 amplifier can supply a large load current (io) only by supplying a small current.

따라서, 궤환 루프(loop1)의 설계를 잘하게 되면 A1 앰프는 작은 파워를 가지며 정교한 파형 증폭을 담당하며 A2 앰프는 정밀성은 떨어지지만 파워출력을 대부분 담당하는 형태로 동작시키는 것이 가능하게 된다.Therefore, if the feedback loop (loop1) is well designed, the A1 amplifier has a small power and is responsible for the sophisticated waveform amplification, and the A2 amplifier can be operated in a form that is responsible for most of the power output although it is less accurate.

한편, 도 2b에 예시한 루프이득 T의 보드선도(Bode Diagram)에서와 같이 루프이득 T가 주파수()의 함수로 변화하게 되며, 여기에서 3dB 주파수 1으로부터 단위이득(unity gain) 주파수 2 사이에서 변화하는 기울기는 인덕턴스(L1)의 영향으로 20dB/decade로 형성된다.Meanwhile, as shown in the Bode Diagram of the loop gain T illustrated in FIG. 2B, the loop gain T is changed as a function of the frequency (), where the frequency is between 3 dB and unity gain frequency 2. The changing slope is formed at 20 dB / decade under the influence of the inductance L1.

이러한 구조는 안정성을 보장할 수 있으며, 따라서 A1 앰프는 저왜율의 정교한 구조로 설계하고 A2 앰프는 고출력 고효율로 설계하여 이 두 앰프를 인덕터(L1)를 거쳐 주종의 관계로 결합시킴으로써 정교성과 고효율을 동시에 만족하는 새로운 앰프가 탄생되는 것이며 이와 같이 아날로그 파워앰프만을 두개 결합시킨 구조가 본 발명의 하나의 특징이다.This structure ensures stability. Therefore, the A1 amplifier is designed with a low distortion and sophisticated structure, and the A2 amplifier is designed with high output and high efficiency. A new amplifier that satisfies at the same time is born, and a structure in which only two analog power amplifiers are combined is a feature of the present invention.

한편 도 2는 원리적으로 문제가 없으나 한가지 단점이 있다. 즉 다이나믹하게 움직이는 큰 입력신호에 대해서는 비선형적인 앰프의 특성 때문에 확실한 동작을 보장하기 어렵다는 점이다.On the other hand, Figure 2 has no problem in principle but has one disadvantage. In other words, it is difficult to guarantee reliable operation for a large dynamic input signal due to the characteristics of the nonlinear amplifier.

도 3의 경우가 이와같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 기본 구조로서 도 2a에서 A2 앰프의 입력단자에 노드 SN1에서 검출한 A1 앰프의 출력전류(io1)와 입력신호(Vin)를 각각 a1, a2배 만큼 이득을 조정하여 더한 값을 인가한 것이 특징이며, 이렇게 함으로써 입력(Vin)에 갑자기 큰 신호가 인가된다 하여도 loop1에만 의존하는 도 2a의 경우보다 안정되게 출력전류(io)를 제어할 수 있으며 loop1의 큰 신호에 대한 비선형성을 극복할 수 있게 된다.3 is a basic structure of the present invention for solving such a problem. In FIG. 2A, the output current io1 and the input signal Vin of the A1 amplifier detected at the node SN1 are respectively a1, The gain is adjusted by a2 times, and the added value is applied. Thus, even if a large signal is suddenly applied to the input Vin, the output current io can be controlled more stably than in the case of FIG. It is possible to overcome the nonlinearity of the large signal of loop1.

이와 같은 구조에서는 A2 앰프와 인덕터(L1)와 계수 a1을 포함하는 루프(loop1)의 설계가 용이하며 궤환회로의 안정성을 쉽게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In such a structure, it is easy to design a loop (loop1) including the A2 amplifier, the inductor (L1) and the coefficient a1, and there is an advantage in that the stability of the feedback circuit can be easily improved.

즉, 도 2에서는 루프1의 이득(gain)이 충분히 크지 않으면 |io1| 〈〈 |io2|의 조건을 만족시킬 수 없다. 다시말해 |io1|을 충분히 작게 설계하기 위해서는 루프이득을 크게 설계하여야 하며 루프이득이 증가할수록 불안정성의 요인이 증가하게 된다.That is, in FIG. 2, if the gain of loop 1 is not large enough, | io1 | The condition of << | io2 | cannot be satisfied. In other words, in order to design | io1 | to be small enough, the loop gain should be designed large, and as the loop gain increases, the factor of instability increases.

한편 출력신호(Vout)가 입력신호(Vin)의 함수로 일정한 이득을 가진 형태가 되어야한다는 사실은 이미 정해져 있으므로 A2 앰프의 입력에 피드포워드(feedforward) 경로를 추가함으로써 상술한 문제를 해결할 수 있다.On the other hand, since the fact that the output signal Vout should be a form having a constant gain as a function of the input signal Vin is already determined, the above-described problem can be solved by adding a feedforward path to the input of the A2 amplifier.

도 3의 A2 앰프 입력에 입력신호(Vin)를 a2배 하여 더해주는 경로가 바로 이러한 역할을 수행하며, 이렇게 함으로써 루프의 설계가 용이해지고 입력신호의 순간적인 변화와 크기에도 선형성과 안정된 동작이 보장된다.The path that adds the input signal Vin by a2 times to the A2 amplifier input of FIG. 3 plays this role, thereby facilitating the design of the loop and ensuring linearity and stable operation even with an instantaneous change and magnitude of the input signal. .

도 4부터 도 7까지는 도 3의 기본구조를 보완 발전시킨 여러가지 형태를 예시하고 있다.4 to 7 illustrate various forms of complementary development of the basic structure of FIG. 3.

도 4의 실시예는 도 3의 구성을 기본으로 하고 A2 앰프 출력전류(io2)를 노드 SN2에서 검출하여 SA3 앰프의 출력전류(io3)를 제어하기 위한 구조로서 SA3 출력단에 또 하나의 인덕터(L2)를 연결하여 A2 앰프의 출력과 연결하되 노드 SN2를 통하여 다른 하나의 루프(loop2)를 형성시킨 것이 특징이다. 이렇게 하는 경우 부하(Zo)전류 io는 io = io1 + io2 + io3 로 주어지게 되며 |io1| 〉〉 |io2| 〉〉 |io3|의 관계로 제어한다면 좀 더 고출력의 구동에 유리한 구조가 된다.4 is a structure for controlling the output current io3 of the SA3 amplifier by detecting the A2 amplifier output current io2 at the node SN2 based on the configuration of FIG. 3 and having another inductor L2 at the SA3 output terminal. ) Is connected to the output of A2 amplifier, but another loop (loop2) is formed through node SN2. In this case, the load (Zo) current io is given by io = io1 + io2 + io3 and | io1 | 〉〉 | io2 | 〉〉 control with | io3 |

이런 형태에서는 루프2를 형성하는 SA3 앰프가 스위칭 앰프라 하더라도 이로부터 발생되는 스위칭 리플이 A2 앰프의 출력에서 흡수되게 되어 최종출력(Vout)에는 거의 나타나지 않게 되므로 깨끗한 파형을 얻을 수 있으며 따라서 전체 효율은 SA3 앰프가 좌우하고 최종 출력 파형의 정교성은 A1 앰프가 담당하게 되며 A2 앰프는 중간 버퍼(Buffer)역할을 수행하게 된다.In this type, even if the SA3 amplifier forming the loop 2 is a switching amplifier, the switching ripple generated therefrom is absorbed at the output of the A2 amplifier, so that it is hardly visible at the final output (Vout), so that a clean waveform can be obtained. The SA3 amplifier is left and right, and the precision of the final output waveform is the responsibility of the A1 amplifier, and the A2 amplifier acts as an intermediate buffer.

도 5는 도 4에서 SA3 앰프의 입력이 A2 앰프의 출력노드 SN2에서 검출된 신호와 입력신호(Vin)로부터 각각 b1, b2배 만큼 이득 조정을 한 값이 인가되도록 하여 짧은 시간 안에 큰 입력 신호가 인가된다 하여도 궤환루프 의 비선형성을 극복한 출력신호가 잘 추종할 수 있도록 하기 위한 구조이다.FIG. 5 shows that the input of the SA3 amplifier is gain-adjusted by the signals detected at the output node SN2 of the A2 amplifier and the input signal Vin by b1 and b2 times, respectively. Even if it is applied, it is a structure to ensure that the output signal which overcomes the nonlinearity of the feedback loop can follow well.

도 6a는 도 3의 기본 구조에 출력전류(io)를 노드 SN3에서 검출하여 미분(d/dt)한 값을 k배 만큼 조정하여 A2 앰프의 입력단에 더해지도록 구성한 구조로써, 또 하나의 폐루프(loop3)가 형성되었으며 이 루프3의 성격은 루프1 및 루프2와는 성질상 차이가 있다.FIG. 6A is a structure in which the output current io is detected at the node SN3 by adjusting the derivative (d / dt) by k times and added to the input terminal of the A2 amplifier. (loop3) was formed, and the nature of this loop3 is different in nature from loop1 and loop2.

첫째로 루프1 및 루프2는 부궤환(negative feedback) 루프인데 비해서 루프3은 정궤환(positive feedback) 루프이며, 둘째로 루프3은 미분회로를 거쳐 궤환시키고 있으므로 저주파 성분에는 영향이 적고 주파수가 높을수록 많은 영향을 준다는 점이다.First, loop 1 and loop 2 are negative feedback loops, whereas loop 3 is positive feedback loops. Second, loop 3 is fed back through differential circuits, so it is less likely to affect low frequency components and has a higher frequency. The more you influence it.

이 루프3의 역할은 인덕터(L1)의 특성을 보상하는 작용을 한다.The role of this loop 3 is to compensate for the characteristics of the inductor L1.

즉, 인덕터 L1의 특성이 고주파 신호를 감쇄시키는 효과가 있기 때문에 오디오 주파수 대역에서 고주파성분의 빠른 응답이 필요할 때 응답속도를 지연시키는 문제점이 있다.That is, since the characteristic of the inductor L1 has the effect of attenuating the high frequency signal, there is a problem of delaying the response speed when a fast response of the high frequency component is required in the audio frequency band.

이와 같은 문제점을 미분회로를 통하여 보상하고자 하는 것이 루프 3의 목적이다. 또한 부하(Zo) 상태에 따라서 필요한 전류의 크기가 다르게 요구되는 점을 고려하여 부하전류의 크기에 비례하는 값을 미분하여 인가함으로써 부하조건의 변동에도 불구하고 능동적으로 적응하여 대응토록 하기 위함이 루프3의 구성을 출력전류(io)로부터(SN3로부터) 검출하여 궤환시킨 이유이다.The purpose of loop 3 is to compensate for this problem through a differential circuit. In addition, considering that the required current is required differently according to the load (Zo) state, the value is proportionally applied to the load current to differently apply it to actively adapt and respond in spite of the change of load condition. This is the reason why configuration 3 is detected from the output current io (from SN3) and fed back.

도 6b는 도 6a와 한가지 차이점을 제외하고 동일하다.FIG. 6B is identical except for one difference with FIG. 6A.

즉, 미분루프의 구성을 인덕터(L1) 전류(혹은 A2 앰프의 출력전류 io2)를 검출하여 구성한 점이 다르나, 사실상 |io2|〉〉|io1|의 조건에 회로가 동작되는 점을 고려하면 두가지가 큰 차이가 없으며 모두 고주파성분의 응답특성을 빠르게 하여 인덕터(L1)의 지연효과를 상쇄시키는 역할을 한다.In other words, the differential loop is configured by detecting the inductor L1 current (or the output current io2 of the A2 amplifier), but in fact, the circuit operates under the conditions of | io2 | >> | io1 |. There is no big difference and all of them play a role of canceling the delay effect of the inductor L1 by increasing the response characteristics of the high frequency component.

도 6c는 도 6b와 비교하여 인덕터(L1)의 2차 권선으로부터 신호를 검출하여 A2 앰프의 입력에 궤환 시킨 점이 다르다. 즉 인덕터(L1) 양단의 전압은 io2 전류의 미분값에 비례하는 전압이 나타나므로 2차 권선전압(Vl2) 역시 미분값에 비례하는 값이 된다. 따라서 계수 a3 값만을 조정하여 궤환시키면 미분 정궤환 루프를 형성시키는 셈이 된다.FIG. 6C differs from FIG. 6B in that a signal is detected from the secondary winding of the inductor L1 and fed back to the input of the A2 amplifier. That is, since the voltage across the inductor L1 appears in proportion to the derivative of io2 current, the secondary winding voltage Vl2 is also proportional to the derivative. Therefore, if only the coefficient a3 value is adjusted and fed back, a differential positive feedback loop is formed.

도 7은 도 4의 구조에서 SA3 앰프의 주변으로 출력전류 io를 검출하여 미분루프를 추가한 특징이 있으며, 이 구조에서도 전류검출 지점이 인덕터(L1)의 전류를 검출하여 미분궤환시키는 것이 가능하며 인덕터(L2) 전류를 궤환시키는 것은 스위칭 앰프(SA3)의 리플 때문에 문제가 발생한다.FIG. 7 is characterized in that the differential current loop is added by detecting the output current io around the SA3 amplifier in the structure of FIG. 4, and in this structure, the current detection point detects the current of the inductor L1 and differentially feedbacks it. The feedback of the inductor L2 current causes a problem due to the ripple of the switching amplifier SA3.

지금부터는 상술한 바와 같은 여러가지 구조를 구체적으로 실현시키기 위한 몇 가지 회로를 예시하고자 한다.In the following, some circuits for concretely implementing the various structures as described above will be illustrated.

도 8은 아날로그 앰프와 디지털 스위칭 앰프의 기본적인 구조를 예시한 것이다.8 illustrates the basic structure of an analog amplifier and a digital switching amplifier.

도8 a는 기본적인 아날로그 앰프의 형태이고, 도 8b는 비교기(CP)의 마이너스(-) 단자에 삼각파(VSG)를 인가함으로써 비교기의 플러스(+) 단자 입력신호(Vin)에 비례해서 펄스폭 변조(PWM)된 파형 출력(Vout)을 얻는 디지털 스위칭 앰프의 기본 구조이며, 도 8c는 비교기(CP)가 히스테리시스(hysteresis)를 가지도록 정궤환(R3, R4)을 인가하여 출력(Vout)을 필터링(R1, R2, C1)하여 비교함으로써 입력신호(Vin)에 비례하는 PWM 출력파형(Vout)을 얻는 형태를 예시한 것이다.Fig. 8A shows the form of a basic analog amplifier, and Fig. 8B shows the pulse width modulation in proportion to the positive terminal input signal Vin of the comparator by applying a triangular wave VSG to the negative terminal of the comparator CP. FIG. 8C shows a basic structure of a digital switching amplifier which obtains a PWM output waveform Vout, and FIG. 8C filters the output Vout by applying positive feedbacks R3 and R4 such that the comparator CP has hysteresis. The example in which the PWM output waveform Vout proportional to the input signal Vin is obtained by comparing (R1, R2, C1) is compared.

도 9는 아날로그 파워앰프의 구체적인 한가지 형태를 예시한 것이다.9 illustrates one specific form of an analog power amplifier.

여기에서 출력 트랜지스터(QA, QB)에 중점을 두어 다음 구조들을 설명하고자 한다.Here, the following structures will be described with emphasis on the output transistors QA and QB.

도 10은 도 3의 구조를 조금더 구체적으로 구성하여 예시한 것으로써 아날로그 앰프의 출력전류를 검출하기 위한 한가지 방법을 보인 것으로, 여기에서는 트랜지스터 QA1, QB1을 통하여 A1 앰프의 출력단의 파워트랜지스터 QA, QB에 흐르는 전류를 검출하며 이렇게 검출된 전류는 다시 QA2, QB2에 의하여 A2 앰프의 입력단에 인가 되도록 한 형태를 보여준다. 도 10과 도 3을 비교한다면 a1=RA/RA1=RB/RB1, a2=1에 해당하며, A1 앰프의 전압이득 Av는 Av=1+R2/R1의 값을 가지도록 설계한 회로에 해당한다.FIG. 10 illustrates the structure of FIG. 3 in more detail, and shows one method for detecting an output current of an analog amplifier. Here, the transistors QA1 and QB1 are used to output power transistors QA, The current flowing through QB is detected and the detected current is applied to the input terminal of A2 amplifier by QA2 and QB2. 10 and 3, a1 = RA / RA1 = RB / RB1 and a2 = 1, and the voltage gain Av of the A1 amplifier corresponds to a circuit designed to have Av = 1 + R2 / R1. .

도 11은 도 6b에 해당하는 회로를 구체적으로 예시한 것으로써 도 10과 비교하여 미분 정궤환 루프(loop3)를 추가로 예시한 그림이다.FIG. 11 illustrates a circuit corresponding to FIG. 6B in detail and further illustrates a differential positive feedback loop 3 as compared with FIG. 10.

여기에서 PA2의 출력전류(혹은 인덕터 L1 전류) io2를 검출하는 수단으로 전류 트랜스포머 T1을 사용하였으며, T1의 2차측 권선에 연결된 R3 양단의 전압이 커패시터 C1, C2에 의하여 미분(d/dt)된 전류값으로 변환된 후 QA3, QB3 및 QA2, QB2를 거쳐 A2 앰프의 마이너스(-) 입력단자에 인가된다. 여기에서 트랜스포머 T1의 극성을 고려하여 궤환 루프를 검토해보면 정궤환 루프를 구성하고 있음을 알 수 있다.Here, the current transformer T1 is used as a means of detecting the output current (or inductor L1 current) io2 of PA2, and the voltage across R3 connected to the secondary winding of T1 is differentiated (d / dt) by capacitors C1 and C2. It is converted to a current value and applied to the negative input terminal of the A2 amplifier via QA3, QB3 and QA2 and QB2. Here, the feedback loop is considered in consideration of the polarity of the transformer T1, and it can be seen that a positive feedback loop is formed.

이상과 같은 방법으로 여러 개의 아날로그 앰프와 여러 개의 스위칭 앰프를 결합시킨 더욱 복잡한 다른 형태의 다중 결합 구조도 어렵지 않게 구성이 가능하지만 모두 유사한 형태이기 때문에 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.In this way, a more complex multi-coupled structure in which multiple analog amplifiers and multiple switching amplifiers are combined can be configured without difficulty, but all detailed descriptions are omitted since they are similar.

상술한 바와 같이 본 발명의 특징은 여러 개의 아날로그 혹은 디지털 스위칭 앰프를 다중 구조로 결합시키는 방법의 다양성에 있으며, 각 앰프의 출력은 인덕터를 통하여 하나로 연결되어 있고 다중의 부궤환 루프와 미분기를 통과하는 정궤환 루프 및 입력신호 (Vin)를 각 앰프의 입력단에 연결시킨 피드포워드 구조로 되어 있다. 이러한 구성을 통하여 최소의 왜율과 최대의 효율을 동시에 달성 가능하다는 장점이 있다.As described above, a feature of the present invention lies in a variety of methods for combining multiple analog or digital switching amplifiers into a multi-structure, where the outputs of each amplifier are connected through one inductor and pass through multiple negative feedback loops and differentiators. It has a feedforward structure in which a positive feedback loop and an input signal (Vin) are connected to the input of each amplifier. Through this configuration, there is an advantage that the minimum distortion and the maximum efficiency can be simultaneously achieved.

Claims (9)

서로 독립된 두개의 아날로그 앰프(A1, A2)를 결합시켜 전체적으로 통일된 하나의 파워앰프로 동작시키기 위한 증폭기에 있어서,In the amplifier for combining two independent analog amplifiers (A1, A2) to operate as a single unified power amplifier, 왜율이 적은 정교한 주인앰프(A1)와 상대적으로 파워가 큰 종속앰프(A2)로 역할을 분담시키고, 주인앰프(A1)의 입력에는 신호원(Vin)이 연결되며, 종속앰프(A2)의 입력은 주인앰프(A1)의 출력전류(io1) 또는 이에 상당하는 신호를 검출하여 인가 시키고, 종속앰프(A2)의 출력은 인덕터(L1)를 통하여 주인앰프(A1)의 출력단자가 전류 검출 수단(SN1)을 거쳐 부하(Zo) 단자와 연결된점에 연결되도록 하되, 종속앰프(A2)와 인덕터(L1) 및 주인앰프(A1)의 출력단 전류 검출로 형성되는 궤환루프(loop1)가 부궤환 루프를 형성하도록 구성한 것을 특징으로 하는 다중 결합 선형 전력 증폭기.The role is divided into a sophisticated main amplifier A1 having a low distortion and a relatively large slave amplifier A2, and a signal source Vin is connected to the input of the master amplifier A1, and an input of the slave amplifier A2. Detects and applies the output current io1 of the master amplifier A1 or a signal corresponding thereto, and the output of the slave amplifier A2 is connected to the current detection means SN1 by the output terminal of the master amplifier A1 through the inductor L1. It is connected to the point connected to the load (Zo) terminal through), the feedback loop (loop1) formed by the detection of the output current of the slave amplifier (A2) and the inductor (L1) and the main amplifier (A1) forms a negative feedback loop Multiple coupled linear power amplifier, characterized in that configured to. 제1항에 있어서, 주인앰프(A1)의 출력전류(io1) 또는 이에 상당하는 신호를 검출(SN1)하여 일정한 계수(a1)를 곱한 값이 종속앰프(A2)의 입력단자에 역시 다른 계수(a2)가 곱해진 입력신호(Vin)와 더해져서 입력되도록 구성한 것을 특징으로 하는 다중 결합 선형 전력 증폭기.The method according to claim 1, wherein the output current io1 of the main amplifier A1 or a signal corresponding thereto is detected (SN1), and the value obtained by multiplying a predetermined coefficient a1 by another coefficient (A1) is different from the input terminal of the slave amplifier A2. A multiple-coupled linear power amplifier, characterized in that configured to be added to the input signal (Vin) multiplied by a2). 제1항 또는 제2항에 있어서, 종속앰프(A2)의 출력 전류 또는 이에 상당하는 신호를 검출하여 입력신호(Vin)와 각각 일정한 계수(b1, b2)를 곱한 후 더해져서 제3앰프(SA3)의 입력단자에 인가되며, 제3앰프(SA3)의 출력은 또 하나의 인덕터(L2)를 거쳐 종속앰프(A2)의 출력이 전류 검출 수단(SN2)을 지나 인덕터(L1)와 연결된점에 연결되어 또 하나의 부궤환 루프(loop2)를 형성시키는 것을 특징으로 하는 다중 결합 선형 전력 증폭기.The third amplifier SA3 according to claim 1 or 2, wherein the output current of the dependent amplifier A2 or a signal corresponding thereto is detected, and the input signal Vin is multiplied by a predetermined coefficients b1 and b2, respectively, and added to the third amplifier SA3. The output of the third amplifier SA3 passes through another inductor L2 to the point where the output of the slave amplifier A2 is connected to the inductor L1 through the current detection means SN2. And coupled to form another negative feedback loop (loop2). 제1항 또는 제2항에 있어서, 종속앰프(A2)의 입력단에 부하전류(io)를 검출(SN3)한 후 미분(d/dt)시킨 신호의 크기를 조절하여 더해주는 방법으로 종속앰프(A2)와 인덕터(L1)를 포함하는 제3의 궤환루프(loop3)를 형성시키되 이 루프가 정궤환 루프를 형성하도록 구성한 것을 특징으로 하는 다중 결합 선형 전력 증폭기.The slave amplifier (A2) according to claim 1 or 2, wherein the magnitude of the differential signal (d / dt) is adjusted and added to the input terminal of the slave amplifier (A2) after detecting the load current (io) (SN3). And a third feedback loop (loop3) comprising an inductor (L1), the loop forming a positive feedback loop. 제4항에 있어서, 부하전류(io) 대신 종속앰프(A2)의 출력전류(io2)를 검출하여 미분기를 거쳐 정궤환 루프를 형성시킨 것을 특징으로 하는 다중 결합 선형 전력 증폭기.The multiple-coupled linear power amplifier according to claim 4, wherein the output current io2 of the slave amplifier A2 is detected instead of the load current io to form a positive feedback loop through the differentiator. 제3항에 있어서, 제3앰프의 입력단에 부하전류(io) 또는 이에 상당하는 전류를 검출한 후 미분시킨 신호의 크기를 조절하여 더해 주는 방법으로 궤환루프를 추가 형성시킨 것을 특징으로 하는 다중 결합 선형 전력 증폭기.4. The multiple coupling of claim 3, wherein a feedback loop is further formed by detecting a load current io or an equivalent current at an input terminal of the third amplifier, and then adjusting the magnitude of the differentiated signal. Linear power amplifier. 제4항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 미분 궤환 루프를 형성시키기 위한 전류 검출 수단으로서 트랜스포머(T1)를 이용한 것을 특징으로 하는 다중 결합 선형 전력 증폭기.The multiple-coupled linear power amplifier according to any one of claims 4 to 6, wherein a transformer (T1) is used as the current detection means for forming the differential feedback loop. 제4항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 미분 궤환 루프를 형성시키기 위한 전류 검출 수단으로서 트랜스포머(T1)를 이용한 것을 특징으로 하는 다중 결합 선형 전력 증폭기.The multiple-coupled linear power amplifier according to any one of claims 4 to 6, wherein a transformer (T1) is used as the current detection means for forming the differential feedback loop. 제5항 또는 제6항에 있어서, 인덕터(L1)에 2차 권선을 감아서 나타나는 전압으로 미분 정궤환 루프를 형성시킨 것을 특징으로 하는 다중 결합 선형 전력 증폭기.The multiple-coupled linear power amplifier according to claim 5 or 6, wherein a differential positive feedback loop is formed by a voltage obtained by winding a secondary winding around an inductor (L1).
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KR20170023166A (en) * 2014-06-25 2017-03-02 드비알레 Audio amplifier

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